Mantenimiento De Bombas Centrifugas

02/12/2015

MANTENIMIENTO DE BOMBAS CENTRIFUGAS Jose A. Contreras Flores Tecsup.

1

Objetivos • • • •

Identificar partes y características de una bomba centrífuga. Clasificar bombas centrífugas. Instalación y alineamiento de la bomba centrífuga. Operación y mantenimiento de las bombas centrífugas.

2

1

02/12/2015

DESCRIPCIÓN Y DIAGRAMA GENERAL

3

Es un equipo que succiona algún fluido y utiliza la fuerza centrífuga del rotor (flecha) para desplazar el fluido, mediante un disco (impulsor) con alabes (aspas). La bomba generalmente es accionada por algún tipo de motor eléctrico o de combustión interna.

4

2

02/12/2015

componentes

5

1. Impulsor: El impulsor es el corazón de la bomba centrífuga, recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba. Los impulsores se clasifican según:

6

3

02/12/2015

Impulsor de simple succión: En un impulsor de simple succión el líquido entra por un solo extremo, es más práctico y usado por razones de construcción ya que simplifica considerablemente la forma de la carcaza

7

Impulsor de doble succión: Un impulsor de doble succión podría considerarse como uno formado por dos de simple succión colocados espalda con espalda. Es utilizado para grandes gastos, es preferible usar un impulsor de doble succión ya que para la misma carga maneja el doble de gasto. 8

4

02/12/2015

Impulsor cerrado para flujo radial Son impulsores con aspas de simple curvatura, diseñados para las presiones más altas con caudales pequeños, el impulsor tendrá un diámetro grande y poco espesor y con alabes curvados solamente en el plano de la rotación. Impulsan líquidos limpios sin sólidos en suspensión.

9

Impulsor tipo Francis. Los alabes tienen doble curvatura, son más anchos y el flujo tiende a ser ya radial ya axial. La velocidad específica va aumentando y la curvatura de variación del gasto con la carga se hace más plana.

10

5

02/12/2015

Impulsor mixto. Con una mayor doble curvatura en los alabes que el modelo anterior constituye el clásico impulsor de flujo mixto, es decir; radial-axial, para caudales mayores y presiones relativamente similares se reduce el diámetro del impulsor, se aumenta el espesor o anchura del conducto. Se pueden manejar líquidos con sólidos en suspensión.

11

Impulsor axial. Es el adecuado para grandes caudales y pequeñas presiones, tiene forma de hélice, son los de mayor velocidad específica, pocas aspas y pueden manejar líquidos con sólidos en suspensión de tamaño relativamente grande. Son especialmente adecuados para bombas de drenaje en ciudades.

12

6

02/12/2015

2. La carcaza La función de la carcaza en una bomba centrífuga es convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión. Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área.

13

EJES:

• •

• • •

El eje de un bomba centrífuga es el soporte de todos los elementos que giran en ella, transmitiendo además el movimiento que le imparte el eje del motor. En el caso de una bomba centrífuga horizontal, el eje es una sola pieza a lo largo de toda la bomba; pero en las bombas de pozo profundo existe un eje de impulsores y después una serie de ejes de transmisión unidos por un acople que completan la longitud necesaria desde la última carcaza hasta el cabezal de descarga. Los ejes generalmente son de acero, modificándose únicamente el contenido de carbono según la resistencia que se necesite. En el caso de las bombas de pozo profundo, los ejes de impulsores son de acero inoxidable con el 30% de cromo. “Camisas de los ejes”. Debido a que el eje de una bomba es bastante costoso y en la sección de los empaques o de los apoyos hay desgaste, se necesita poner una camisa de eje que tiene por objeto proteger el eje y ser una pieza de cambio, sobre la cual trabajan los empaques. Las camisas son de latón o acero inoxidable 14

7

02/12/2015

ANILLOS DE DESGASTE La función del anillo de desgaste es el tener un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras que se producen entre el impulsor que gira y la carcaza fija, la presencia del desgaste es casi segura. En esta forma en lugar de cambiar todo el impulsor o toda la carcaza, solamente se quitan los anillos, los cuales pueden estar montados a presión en la carcaza o en el impulsor o en ambos.

15

ESTOPEROS—EMPAQUES-PRENSA ESTOPAS La función de estos es evitar el flujo hacia afuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa el eje de la bomba y el flujo del aire hacia el interior de la bomba. El estoperos es una cavidad concéntrica con el eje donde van colocados los empaques; prácticamente en todos los estoperos se tendrá que ejercer una cierta presión para contrarrestar o equilibrar la que ya existe en el interior de la bomba. En el estopero se coloca junto con la empaquetadura una “jaula de sello”, a través de la cual se le hace llegar de la parte exterior un lubricante que actúa como refrigerante. El prensa-estopa se encarga de hacer presión sobre los empaques; es una pieza metálica que se mueve por medio de tornillos.

16

8

02/12/2015

SELLOS MECÁNICOS En aquellos casos en que se usa el empaque convencional y prensa estopas debe dejarse un pequeño goteo, ya que de otra manera el calor y fricción generado sobre el eje es muy grande, dañando y haciendo que el motor tome más potencia. Sin embargo, hay ocasiones en que se desea que no se produzca ninguna fuga, o bien el líquido ataca a los empaques haciendo que su cambio sea f recuente. En es- tos casos se usa un “sello mecánico” que consiste en dos superficies perfectamente pulidas que se encuentran en contacto una con otra; una de ellas es estacionaria y se encuentra unida a la carcaza, mientras que la otra gira con el eje. 17

INSTALACION Y ALINEAMIENTO DE BOMBA CENTRIFUGA

18

9

02/12/2015

INSTALACIÓN: Instálese la bomba en un sitio accesible para poderla inspeccionar con regularidad durante la operación. Además es muy conveniente instalar tan cerca como sea posible del suministro de agua o del líquido que se maneja. Con el fin de emplear sólo tramos cortos y directos en la línea de succión, la altura del techo del local de instalación debe permitir la colocación de una grúa o diferencial. Sí las bombas se colocan en pozos, éstos tienen que estar protegidos contra inundaciones. Generalmente las bombas son instaladas sobre cimentaciones sólidas de preferencia en bases de concreto al alcance del siguiente personal 19

ALINEAMIENTO Las unidades de bombeo son alineadas correctamente en la fábrica quedando bien niveladas en su base y haciendo coincidir exactamente los ejes de la bomba y de ¡a unidad motriz por medio de calzas. Sin embargo la experiencia ha demostrado que todas las bases, no importa lo robustas que sean, se flexionan y se tuercen durante el transporte y en consecuencia no existe ninguna garantía de que se conserve el alineamiento original, por lo que es indispensable establecer la perfección de dicho alineamiento una vez que la unidad ha sido montada en su base de cimentación 20

10

02/12/2015

Colóquese la unidad de bombeo sobre su base de cimentación, dejando un espacio de unos 25 mm (1”) entre la cara superior del bloque de cimentación y la cara inferior de la base de la bomba, intercalando cuñas delgadas, de manera que posteriormente se pueda disponer del espacio conveniente Un acoplamiento angular flexible no compensa el desalineamiento entre los ejes del motor y de la bomba. El objetivo del acople flexible es el de permitir el movimiento de los extremos de los ejes del motor y la bomba sin que haya interferencia entre sí mientras se transmite la fuerza del eje del motor al eje de la bomba y para compensar la expansión debido a los cambios de temperatura mientras se caliente la unidad.

21

Desalineamiento angular El eje de la bomba y del motor se deben alinear correctamente de tal manera que las caras de las dos mitades del acoplamiento, o sea la del eje de la bomba y la del eje del motor, sean paralelas. Cuando las caras del acoplamiento no son paralelas hay un desalineamiento angular, tal como se muestra en las figuras

22

11

02/12/2015

Alineamiento vertical El eje de la bomba y el eje del motor deben estar en línea cuando se observen por un lado y en ese caso las llantas de las dos mitades del acoplamiento deberán estar a nivel tanto por encima como por debajo. En la Figura 28 se indica cómo verificar esto.

23

Alineamiento horizontal Los ejes del motor y la bomba deben estar en línea cuando se mire desde arriba la parte superior de la unidad y en tal caso las llantas de las dos mitades deben estar a ras a ambos lados del acoplamiento. Este es el alineamiento horizontal.

24

12

02/12/2015

. Tubería de descarga: En la línea de descarga se tiene que colocar para protección de la bomba una válvula de compuerta y otra de retención, que deben quedar localizadas en la inmediata cercanía de la bomba. La válvula de retención va entre la bomba y la válvula de compuerta. En caso de utilizar campanas o conexiones de aumento en la tubería de descarga, dichas conexiones deben quedar localizadas entre la válvula de retención y la bomba (Figura 31). La tubería de descarga no debe ser en ningún caso de menor diámetro que el que corresponde a la salida de la bomba y es más bien preferible elegirla entre una o dos de los tamaños próximos mayores.

25

Tubería de succión: Debe ser tan directa y corta como sea posible y de un diámetro mayor en 1 a 2 ve- ces las dimensiones próximas al diámetro de la boquilla de la bomba. La longitud de la tubería de succión queda limitada por la altura manométrica máxima permisible, la que no debe ser mayor de 4.57 m. (15 pies), incluyendo las pérdidas de fricción. La tubería se debe tender de tal manera que la formación de bolsas de aire quede eliminada por completo (Figura 31). Y en las que se pueden apreciar los procedimientos correctos para instalar la tubería de succión. La tubería debe probarse con presión para probar fugas eventuales. Para mantener cebada la bomba es indispensable instalar una válvula de retención vertical (válvula de pie) en el extremo inferior de la tubería de succión. La superficie libre neta de dicha válvula tiene que ser, cuando menos, igual a la superficie libre neta de la succión de la bomba, aunque es preferible que sea mayor. Para proteger la bomba contra la penetración de cuerpos sólidos extraños, tales como astillas, piedras, rebabas, que generalmente causan taponamiento, hay que instalar un colador en el extremo de la línea de succión, cuyas mallas deben dejar una superficie de paso libre de cuando menos un equivalente de tres o cuatro veces la superficie de la tubería de succión.

26

13

02/12/2015

Rotación: La bomba debe girar en la dirección que indica la flecha marcada en la carcaza y que apunta hacia la boquilla de la descarga. En la Fig. 32 observamos que el impulsor gira en dirección contraria a la curvatura de los alabes.

27

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

28

14

02/12/2015

1. El arranque: Antes de arrancar una bomba centrífuga, tanto la carcaza de la misma como la tubería de succión tiene que estar totalmente llena del líquido que se desea bombear; mientras esta condición no haya sido satisfecha la bomba no podrá funcionar por- que en vez de líquido succionará aire. Lo anterior se llama “cebar La bomba”.

Se conocen tres diferentes maneras de cebar bombas centrífugas: • Llenando la carcaza y la tubería de succión • Mediante una bomba auxiliar de vacío • Con ayuda de un eyector de aire de vapor de agua 29

a. El primer método consiste en llenar la caja (carcaza) y la tubería de succión del líquido a bombear, a través de un orificio o válvula cebante que se encuentra en la parte superior de la carcaza. Observar Figura 33. b. Con la bomba auxiliar de vació se aspira el aire de la caja de la bomba y de la tubería de succión c. El eyector extrae el aire de la caja de la bomba y de la tubería de succión y per- mite que el líquido que se va a bombear suba hasta el tope de la caja de la bomba. Se encuentra instalado en la parte más alta de la caja de la bomba. Antes de arrancar la bomba gire manualmente el eje con el fin de probar si las partes a moverse están libres. Es posible que por dilatación en la tubería se puede producir algún contacto en los anillos. Al arrancar la unidad tiene que graduarse la válvula de la descarga en forma gradual y lenta a fin de evitar una carga brusca repentina. 2. Procedimiento para parada Antes de parar el motor que ¡impulsa la bomba cierre la válvula de descarga a la misma posición que tenía al momento del arranque. Luego apriétese el interruptor del apagado.

30

15

02/12/2015

MANTENIMIENTO DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS: El funcionamiento normal de las bombas se obtiene debido a la eficacia con que el mecánico resuelva cada uno de los problemas de mantenimiento que a continuación detallamos: 1. ALINEACIÓN: La unidad debe operar con un desalineamiento máximo de 0.003”. La operación con un desalineamiento que sobrepase esta tolerancia causará vibraciones, des- gaste excesivo de los bujes del acoplamiento, cojinetes, etc.

31

2. EMPAQUETADURAS: El mantenimiento consiste generalmente en reponer los empaques, con el siguiente procedimiento: 1. Paso: Remueva la empaquetadura vieja con un gancho de material blando (para evitar rayar la camisa). Nunca trate de agregar uno o dos empaques nuevos a uno viejo. Esto es falsa economía y daña los empaques nuevos 32

16

02/12/2015

2. Paso: Asegúrese que el eje quede bien alineado axial y radialmente (Figura35) y sin ralladuras en la camisa. En las bombas centrífugas el eje no debe tener una excentricidad mayor a 0.003”.

33

3. Paso: Seleccione la empaquetadura. Aunque esta selección la realiza el jefe de taller o el ingeniero, sin embargo el mecánico debe saber que ésta se escoge según la naturaleza del líquido, así por ejemplo: Aceite caliente, ácidos concentrados, solventes, agua fría, vapor, soda cáustica, amoníaco, etc. 4. Paso: Determine la dimensión de la empaquetadura. Figura 36 a. Mida la caja del estopero (D) b. Reste el diámetro de la camisa (d) y divida por dos. No se debe adivinar en la medida.

34

17

02/12/2015

5. Paso: Ajuste la empaquetadura alrededor de la camisa, haciendo un resorte de tracción y corte los extremos en forma diagonal a recta (Figura 37).

35

6. Paso: Monte los aros. Este montaje se puede hacer en dirección axial si el eje está libre desde su extremo (Figura 38), o radial para el caso contrario (Figura 39); este último se recomienda para evitar la deformación del anillo Asiente cada anillo en la caja antes de instalar el siguiente. Escalone las uniones de éstas a 90° si consiste de 4 anillos o más, a 120° si son tres anillos (Figura 40). 36

18

02/12/2015

Al montar la empaquetadura tenga en cuenta que el buje interno para la conducción de la lubricación tenga el orificio alineado con la entrada en la caja (Figura 42).

37

7.

Paso: Monte y fije el prensa—estopas

Se conoce una forma de apretar el prensa—estopas para evitar escapes excesivos a cambio de un goteo normal. Si está goteando mucho por la unión, apriete cada tuerca hexagonal solamente un plano; esto corresponde a la sexta parte de una vuelta. Luego espere unos diez minutos. ¿Para que? Para dar a la empaquetadura tiempo de ajustarse y reducir el escape excesivo. Después de 10 minutos la empaquetadura se ha distribuido en la caja prensa esto- pas y usted puede apretar las tuercas otro plano si el escape es todavía excesivo

38

19

02/12/2015

Algunos de los síntomas más frecuentes encontrados son los siguientes 1. Desgaste excesivo en los anillos más cercanos al prensa—estopas mientras que las del fondo permanecen en buen estado, se debe a un apriete excesivo en la empaquetadura en un ajuste o por no insertar los anillos uno a uno y empujar- lo hasta el lugar antes de insertar el siguiente. El demasiado apriete es la causa principal de calentamiento y fallas de la empaquetadura. 2. El carboneo o lustrado de la circunferencia interior de los empaques es causado por el calor excesivo, lubricación insuficiente o material del empaque inadecuado para las condiciones de presión y temperatura. 3. El desgaste de la circunferencia exterior del anillo ocurre cuando giran dentro de la caja del estopero.

39

4. El desgaste marcado en una porción de la circunferencia interior puede ser causado por cojinetes excesivamente gastados o el giro excéntrico del eje. 5. Si algunos anillos se cortan muy escasos o se escogen excesivamente, los anillos adyacentes se hincharán y se deforman en el espacio abierto. 3. Inspeccione la bomba: La caja de la bomba y el impulsor se deben inspeccionar periódicamente, según las condiciones de servicio, de ser necesario se deben quitar las materias extrañas y obstrucciones. Cerciórese de que los huecos del impulsor estén libres. 4. Cojinetes y lubricación: La vida de cualquier cojinete depende del cuidado que se le dé, se le aplique lubricante apropiado para tal fin (repasar clasificación de los lubricantes). 5. Cuidados con el motor: Mantenga limpio el motor, observe el calentamiento, revisar el estado de las escobillas en los monofásicos de corriente directa.

40

20

02/12/2015

41

42

21

02/12/2015

43

44

22

02/12/2015

45

23